I Übersicht

Therapeutische Quervernetzung der Hornhaut mittels UVA und Riboflavin Therapeutic Cross-Linking of the Cornea Using Riboflavin/UVA

Autoren

Institut

Schlüsselwörter

0 Kornea

0 Pathologie

0 Refraktive Chirurgie

Key words

0 cornea

0 pathology

0 refractive surgery

eingereicht 3.7.2007

ak zeptiert 26.7.2007

Bibliog rafie

001 10.1 055/s-2007-963492

Klin Monatsbl Augenheilkd

2007; 224: 700 -706 © Georg

Thieme Verlag KG Stuttgart ·

New York · ISSN 0023-2165

Korrespondenzadresse

Prof. Theo Seiler

Augenarzt, IROC

Stockerstrasse 37

8002 Zürich

Tel. : ++ 41/43/4 88 38 00

Fax: ++ 41/43/4 88 38 09

info@iroc.ch

T_ Koller, T. Seiler

Institut für Refraktive und Ophthalmologische Chirurgie, Zürich

Zusammenfassung T

Hintergrund: Die Quervernetzung der Hornhaut ist aus dem experimentellen Stadium in die Pha­se der klinischen Evaluierung getreten. ln dieser Arbeit soll der gegenwä1tige Stand des Wissens dargestellt werden. Methoden: Es wmde eine Literaturrecherche (medline) nach den Begriffen .. cross-linking" und .. cornea" durchgeführt. Aus den 99 Nennungen betrafen 34 das vorliegende Thema. Daneben wur­den eigene Daten aus z. T. noch unveröffentlichten Studien verwendet. Ergebnisse: ln der ersten Phase (bis 2003) wur­den verschiedene Verfahren zur Quervernetzung auf Sicherheit und Wirksamkeit experimentell un­tersucht. Als bester Ansatz stellte sich die Vernet­zung mittels UVA (370 nm) und dem Photomedia­tor Riboflavin heraus. der dann in Pilotstudien klinisch untersucht wurde. Erst seit 2003 finden sich klinische Beobachtungen in der Literatur, die durchweg ein Sistieren der Progression von Kera­tektasien bis zu 2 Jahren nach der Quervernetzung belegen. ln mehr als der Hälfte der beschriebenen Fälle findet sich sogar eine Umkehr der Progressi­on. Auch werden bisher keine Komplikationen be­schrieben. Keratozyten gehen in einer Tiefe bis zu 320pm unter. während das Hornhautendothelun­belastet erscheint. Zwei Berichte über den Einsatz bei einschmelzenden Hornhautprozessen zeigen auf, dass die biochemische Wirkung der Querver­netzung Einschmelzprozesse stoppen kann. Schlussfolgerung: Die gegenwärtige Datenlage zeigt, dass die Quervernetzung der Hornhaut mit­tels UVA/Ribotlavin komplikationsarm ist und ein Fortschreiten von progressiven Keratektasien in vielen Fällen verhindern kann. Für eine klinisch sinnvolle Indikations- und Kontraindikationsliste, aber auch für die Abschätzung der tatsächlichen Wirksamkeit reichen die zurzeit vorliegenden Da­ten nicht aus. Multizentrische prospektive Studien sind dringend angeraten.

Abstract T

Background: The method of cross-linking of the cornea using ribotlavin and ultraviolet light (UV) has recently entered the phase of clinical evalua­tion. The purpose of this paper is to review the current knowledge about corneal cross-linking. Methods: A Iiterature research (medline) using the key words "cross-linking" and "cornea" re­vealed 99 citations. Thirty-four of the 99 articles dealt with the topic and were used for this re­view. Some of our own as yet unpublished data were also included. Results: ln a first phase (until 2003) different methods of cross-linking were experimentally compared regarding efficacy and safety. As the most promising compromise the use of UVA (370 nm) and ribotlavin as a photomediarar was tested in pilot sturlies on human eyes with progressive keratoconus. ln 2003. the first results of such pilot studies were published. Surprisingly, not only a halt in progression was found but in more than half of the eyes treated a regression towards a more regular cornea took place. So far, no compli­cations have been reported. Keratocytes are killed up to 320 microns deep in the stroma and the en­dothelium appears unaffected. Nine cases of ther­apy-refractory corneal melting were treated by means of UVA/ribotlavin cross-linking and in 8 of the 9 cases the melting process was stopped. Conclusions: ln the current Situation. we can state only that UVA/ribotlavin cross-linking of the keratoconus cornea Ieads in the majority of the cases to a halt of the progression and compli­cations seem tobe rare. There are not yet enough data available to establish a Iist of indications and contraindications. A potential clinical acceptance of the procedure requires the resu lts of prospec­tive controlled sturlies that are currently under­way.

KollerT, Seiler T. Therapeutische Quervernetzung der. .. Klin Monatsbl Augenheilkd 2007; 224: 700-706

Einführung T

Die Quervernetzung (eng!. cross-linking, X-linking) ist Teil einer der ältesten Kulturtechniken der Menschheit, des Gerbens. Da­bei werden neue chemische Bindungen innerhalb und zwischen den spannungstragenden Molekülketten eines Bindegewebes geschaffen und dadurch seine biomechanischen, aber auch bio­chemischen Eigenschaften verändert. In den Materialwissen­schaften werden Quervernetzungen seit Langem zur Aushärtung von Polymerwerkstoffen erfolgreich eingesetzt [8]. In der Hu­manmedizin fand die Quervernetzung bisher nur vereinzelt Ein­satz, zum Beispiel im HNO-Bereich [18, 38] oder an den Herz­klappen [23]. Mit zunehmendem Alter nimmt im Bindegewebe, zum Beispiel in der Hornhaut, die natürliche Quervernetzung zu [5, 6, 14, 27] und auch beim Diabetes findet sich eine verstärkte Quervernet­zung, die zum Teil für die diabetische Mikroangiopathie verant­wortlich gemacht wird [4, 35]. Industriell findet eine Vielzahl von Verfahren zur Quervernetzung Einsatz, die von ionisierender Strahlung über nichtenzymatische chemische Reaktionen bis hin zur enzymatischen Vernetzung rei­chen. Aus diesem Spektrum bietet sich an der Hornhaut die Photo­polymerisation an [41], da einerseits die Hornhaut optisch trans­parent und andererseits an der Oberfläche des Körpers mit Licht gut zugänglich ist. Eine biomechanische Verfestigung der Hornhaut ist wünschens­wert bei allen Formen der I<eratektasie, sei es der Keratokonus, die pelluziclale marginale Hornhautdegeneration oder die iatro­gene I<eratektasie nach LASII<. Auch eine etwaige biochemische Verbesserung der Resistenz gegen katalytische Enzyme durch Quervernetzung kann vorteilhaft sein, zum Beispiel bei thera­pierefraktären Einschmelzungsvorgängen. in dieser Arbeit soll ein Überblick über den bisherigen Kennt­nisstand der Quervernetzung der Hornhaut gegeben werden.

Verwendete Verfahren T

in umfangreichen ln-vitro-, aber auch Tierversuchen hat sich der Ansatz mit UV-Licht unter Zuhilfenahme des Photome­diators Riboflavin als sinnvoll herausgestellt [44, 45]. Ribofla­vin ist als Vitamin B 2 von sich aus nichttoxisch und absor­biert Licht in 3 Banden (0 Abb. 1 ): im fernen UV (unter 300 nm), im UVA (bei 370 nm) und im optischen Bereich (blau, 440 nm). Bei der Absorption von Licht entstehen kurzlebige Sauerstoffradikale, die dann die neuen Quervernetzungsbin­dungen induzieren. Von den 3 Absorptionsbanelen kommt das ferne UV weniger in Frage, da dessen Mutagenität nach­teilig sein kann [15]. Vom blauen Licht haben w ir Abstand genommen, da bei ungenügender Absorption im vorderen Augenabschnitt der Blaulichtschaden in der Makula zu be­fürchten ist [36]. Obwohl auch die Wellenlänge um 370 nm nicht frei vom Risiko aktinischer Schäden ist [7], wurden im weiteren Behandlungsparameter für die Kombination Ribo­flavin/UVA in Tierexper imenten gesucht, die zum zurzeit üb­lichen Standardverfahren geführt haben.

Standardverfahren Zuerst wird unter Tropfanästhesie in einem Areal mit dem Durch­messer 9 mm eine vollständige oder teilweise Abrasio corneae durchgeführt. Das intakte Hornhautepithel stellt nämlich eine Diffusionsbarriere für Riboflavin dar. Danach wird bei liegendem

Übersicht I

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Abb. 1 Absorptionsspektrum von Riboflavin. Neben dem relativen

Absorptionsmaximum bei 370 nm liegen noch Absorptionsbanden bei 440 nm (blau) und unter 300 nm (fernes UV) vor.

Patienten alle 3 Minuten für eine halbe Stunde 0,1 %ige Riboflavin­lösung getropft (Lidsperrer! ). Diese Lösung wurde durch Zumi­schung von 20% Dextran isoosmotisch zum kornealen Stroma ge­macht, um unkontrollierte Quellung zu vermeiden. Danach wird an der Spaltlampe mit Blaulicht sichergestellt, dass Riboflavin das Stroma durchdrungen hat und in der Vorderkammer sich tbar ist. Mittels Ultraschallpachymetrie muss nun eine Mindestdicke von 400 pm gemessen werden, um potenzielle Endothelschäden auszuschließen. Sind dies Bedingungen erfül lt, findet die UV-Be­strahlung mit einer Leistungsdichte von 3 mW/cm2 für weitere 30 Minuten statt. Während dieser Zeit wird die Hornhaut mit Ribo­flavinlösung und Lokalanästhetikum feucht gehalten. Am Ende wird die Erosio mit Antibiotikumsalbe (z. B. Floxal) und evt l. einer Verbandslinse bis zum Epithelschluss versorgt. Nach der Epithel­heilung kann mit einem milden Steroid (z. B. Fluorometholon) bis zum Abklingen des Reizzustandes nachbehandelt werden.

Verfahren ohne Erosio (C3-R) Um die Probleme der Erosio corneae zu umgehen, wurden Alter­nativen der Riboflavinapplikation ohne Eröffnung des Epithels vorgeschlagen [10]. Dabei konnte man auf die Erfahrung mit der Fluorophotometrie zurückgreifen, da Riboflavin und Fluorescein ein ähnliches Molekulargewicht haben (Riboflavin: 376gjmol, Fluorescein: 332 gjmol ) und beides unpolare organische Molekü­le sind. Die Diffusionsbarriere soll durch 5%iges Benzalkonium­chlorid und Tetracain aufgebrochen werden (S. Herekar, Pr iavisi­on, San Francisco, persönl iche Mitteilung), aber deren Einwirkzei t ist bisher nicht berichtet. Auch eine höhere Riboflavinkonzentra­tion der Tropflösung und veränderte Bestrahlungsparameter bei diesem Ansatz müssen noch diskutiert werden, da bisher keine experimentell gesicherten Daten über die optimale Konzentrati­on, Tropfzeit und Bestrahlungsparameter in der Literatur vorge­legt wurden. Es ist zu befürchten, dass mit diesem Verfahren ein weitaus geringerer Vernetzungsgrad im Stroma erzielt wi rd (sie­he unten).

Experimentelle Ergebnisse T

Experimentelle Untersuchungen wurden bezüglich der Wirk­samkeit der Quervernetzung, der Optimierung der Parameter und der Nebenwirkungen der Quervernetzung unternommen.

KollerT, Seiler T. Therapeutische Quervernetzung der. .. Klin Monatsbl Augenheilkd 2007: 224: 700-706

Übersicht

Wirkungen der Quervernetzung Bereits 1997 zeigten Spoerl und Mitarbeiter an Schweinehorn­häuten, dass mit der Kombinat ion von Riboflavin und UV-Licht eine signifikante Erhöhung der Festigkei t der Hornhaut mög­lich ist [44]. Der Effekt war ebenso stark wie bei einer Vernet­zung mittels e iner 0,1 %igen Glutaraldehyci-Lösung. Ein Ver­gleich mit anderen Methoden der Quervernetzung zeigte, dass mit Glutaraldehyd- oder I<arnovski-Lösung, aber auch mit ein­fachen Zuckerlösungen ebensolche Verfestigungen erreicht werden können [45]. Um mit Zuckerlösungen einen klinisch e r­wünschten Effekt zu erzielen. sind a llerdings Inkubationszeiten von 14 Tagen nötig. Später legten Wollensak und Mitarbeite r genauere Daten vor, wonach bei Einsatz von 0.1 %iger Ribofla­vinlösung und einer 30-minütigen UV-Bestrahlung (I= 3 mW/ cm2• A. = 370 nm) bei Schweinehornhäuten eine Verfestigung um den Faktor 1,8, bei menschlichen Hornhäuten um den Fak­tor 4,5 bewirkt wird [49]. Allerelings sind auch diese Werte nicht direkt auf die Klinik zu übertragen. da bei den Experi ­menten in den verwendeten Hornhautstreifen eine Riboflavin­sättigung vorlag, wie sie beim klinischen Verfahren nur in den obersten Schichten der Hornhaut erzielt wird. Die Frage der molekularen Lokalisation der Quervernetzung wurde durch e ine weitere Arbe it der Dresdener Arbeitsgrup­pe bearbeitet. Der Durchmesser der kornealen Kollagenfibril­len nimmt nach de r Quervernetzung um etwa 10% zu [54]. was zeigt, dass mit Bestimmtheit intrafibrillär neue chemi­sche Bindungen erzeugt werden. Ob zusätzlich auch interfi­brilläre Bindungen bei der klini schen Quervernetzung entste­hen, ist noch unbekannt. Die biochemische Stabilisierung der Hornhaut durch Querver­netzung war Gegenstand ei ner Arbeit aus dem Jahre 2004 [47]. Dabei wurde Schweinehornhaut Enzymlösungen (Pepsin. Tryp­sin. Kollagenase) ausgesetzt und die enzymatische Degradation des Gewebes quantitativ festgehalten. Quervernetzte Hornhaut stellte s ich hochsignifikant resistenter gegenüber enzymatischer Digest ion heraus a ls unbehandelte Hornhaut.

Optimierung von Parametern Die Auswahl der Wellenlänge des verwendeten UV-Lichtes zur Photopolymeri sation der Hornhaut fiel leicht. Sowohl die expe­rimente llen Vergleiche der 3 Absorptionsbanden [44, 45] als auch die klinischen Betrachtungen (siehe oben) deuteten klar auf das relative Absorptionsmaximum von Riboflavin bei 365 nm hin. Darüber hinaus li egen in der Literatur Daten vor. die zeigen. dass bei dieser Wellenlänge ei ne Bestrahlung mit 3 mW/ cm2 fü r das Hornhautendothel nicht schädlich ist [31. 37]. Zu­sätzlich stehen mittlerweile industrielle LEDs (Light-Emitting­Diode) zur Verfügung, die bei 370 nm emi ttieren und damit w urde der apparative Aufwand geringer. Ei ne Bestrahlungszeit von 45 Minuten hätte zwar einen stärke­ren Effekt gezeitigt [45], jedoch reichten auch 30 Minuten schon aus, um eine hochsignifikante Verfestigung zu erzielen. Sollte es sich in Zukunft herausstellen, dass der X-linking-Effekt in Ein­ze lfä ll en nicht ausreichend ist, sollte e ine längere Bestrahlungs­zei t in Betracht gezogen werden. Die Flächendichte w urde mit 3mW/cm2 so gewählt, dass die Be­lastung des Endothe ls durch die UV-Strahlung alleine mindestens einen Faktor 3 unter der zulässigen Bestrahlungsstärke liegt [43, 48]. Ursprünglich wurde eine Einwirkungszeit des Riboflavins von nur 5 Minuten für ausre ichend erachtet, um das vordere Stro­ma zu sättigen [46]. jedoch zeigten Modellrechnungen zur Dif-

fusion des Riboflavins im Hornhautst roma, dass sich erst nach 30 Minuten ein fast linearer Konzentrationsgradient über der Hornhautdicke einstellt (C Abb. 2). Diese hohe Riboflavinkon­zentration ist notwendig, um einerseits eine tiefer reichende Verfestigung zu ermöglichen und andere rseits einen besseren Schutz für tiefere Schichten (Endothel, Linse) zu e rreichen, ein Nebeneffekt, der den Namen .. riboflavin-shielding" erhielt [46]. Diese gesamte Parameteroptimierung geht a llerd ings von e i­nem ungehinderten Eintri tt des Riboflavins in das Hornhaut­stroma aus, was bisher nur durch eine Abrasio corneae be­werkstelligt werden kann. Für das Verfahren ohne Abrasio müssten die Parameter neu evaluiert werden. Die Diffusion des Riboflavins im Stroma geschieht oberflächenparallel dop­pelt so schnell wie senkrecht zur Oberfläche [3]. weshalb auch e ine partielle Erosio mit intakten Epithelinseln zur glei­chen Riboflavinsättigung führt (0 Abb. 3). Der Epithelschluss wird nach der partie ll en Erosio in der Regel bere its am 2. postoperativen Tag erreicht.

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Abb. 2 Riboflavinkonzentration in der Hornhaut als Funktion der Ein­wirkzei t . Die stromale Riboflavinkonzentration fällt nach einer Einwirkzeit

von 5 Minuten schon nach 1 00 IJm stark ab. während sich nach 30 Minuten

ein nahezu linearer Konzentrationsgradient ausgebildet hat (die Daten stammen von Prof. Dr. Spoerl. Dresden).

Abb. 3 Hornhaut nach partieller Abrasio corneae und 30-minütiger Riboflavineinwirkung . Da die oberflächenparallele Diffusion des Ribofla­

vins doppelt so schnell wie die Diffusion in die Tiefe ist, bildet sich eine homogene Gelbfärbung aus.

KollerT. Seiler T. Therapeutische Quervernetzung der ... Klin Monatsbl Augenheilkd 2007; 224: 700-706

Nebenwirkungen und Komplikationen Bei den frühen Tierexperimenten (Kaninchen) wurden außer ei­ner passageren Hornhauttrübung keine Nebenwirkungen beob­achtet [46]. Erst bei der histologischen Aufarbeitung zeigte es sich, dass eine wesentliche Beeinträchtigung der Keratozyten aber auch des Hornhautendothels bei der Quervernetzung ent­stehen kann. Als schädigender Parameter ist dabei primär die Radikalformationsrate anzusehen, die im Wesentlichen aus dem Produkt "UV-Intensität x Riboflavinkonzentration" besteht. Sowohlln-vitro- als auch ln-vivo-Experimente zeigten, dass Ke­ratozyten durch die UV-Riboflavin Que1vernetzung irreversibel geschädigt werden können. Bei der klinisch verwendeten Be­strahlungsstärke von 3 mW/cm2 findet eine Keratozytenapop­tosis etwa 300pm tief statt [55]. Dies entspricht einer lokalen Bestrahlungsdichte von 0,35 mWfcm2, was in guter Überein­stimmung ist mit der Schädigungsschwelle von 0,45 mW/cm2

für Keratozyten in Zellkulturen [56]. Wir müssen also davon ausgehen, dass bei der klinischen Quervernetzung die Kerato­zyten in den äußeren 300 pm der Hornhaut untergehen. Dieser Zellverlust entsteht hauptsächlich durch die erzeugten Radika­le, da die Schädigungsschwelle durch das UV-Licht alleine etwa 10-mal höher, bei 4,5 mW/cm2, liegt. Klinisch bedeutsamer als der Keratozytenverlust ist eine Schä­digung des Hornhautendothels einzuschätzen. Auch zu diesem Komplex wurden von Wollensak et al. den Keratozytenexperi­menten analoge Untersuchungen vorgelegt [50, 51]. Unter Ver­wendung einer 0,025 %igen Riboflavinlösung wurde in der Zell­ku ltur die Schädigungsschwelle zu 0,3 mW/cm2 bestimmt. Wieder lag die Schädigungsschwelle des UVA alleine etwa 10-mal höher. Unter Annahme der klinisch verwendeten Para­meter und eines linearen Konzentrationsgradienten von Ribo­flavin über der Hornhautdicke wird diese schädigende Radikal­formationsrate in einer Tiefe von 310pm erreicht. Ein 400pm von der Hornhautoberfläche entferntes Endothel erfährt eine Radikalformationsrate, die etwa einen Faktor 2 unter der Schä­digungsschwelle liegt. Auch das Quellungsverhalten der Hornhaut kann mit der Quer­vernetzung beeinflusst werden. Wollensak und Mitarbeiter zeigten, dass quervernetzte Hornhaut deutlich weniger quillt [57], was von J. Hjordal et al. bereits 2006 berichtet wurde (Vortrag gehalten bei der NOK, Kopenhagen, Juni, 2006).

Klinische Ergebnisse "Y

Klinische Ergebnisse. die wissenschaftlich akzeptabel sind, wur­den bisher nur von wenigen Arbeitsgruppen veröffentlicht. Lei­der sind die Langzeitbeobachtungen ( > 5 Jahre) der Dresdener Arbeitsgruppe bisher nur in Form einer Dissertation verfügbar (E. Spoerl, persönliche Mitteilung). Die ersten klinisch verwertbaren Informationen wurden 2003 in Form einer Beobachtungsstudie an 22 Patienten mit einer mittle­ren Beobachtungszeit von 23 Monaten vorgestellt [52, 54]. Bemer­kenswert war hier die Tatsache, dass die Behandlung in allen Fäl­len zu einem Halt der vorher dokumentierten Progression fü hrte und darüber hinaus in 12 von 20 Fällen (60%) eine Reduktion der maximalen Hornhautbrechkraft um mehr als eine Dioptrie erfolg­te. Auch über eine mittlere Zunahme des Visus um mehr als eine Dezimalzeile wurde berichtet. Weder die Transparenz der Horn­haut oder der Linse noch die Endothelzellzahlen waren bei der letzten Kontrolle gegenüber präoperativ verändert.

Übersicht I Erst 2006 stellte die Arbeitsgruppe aus Siena Dreimonats-Daten vor [9], die mittels kornealer Topografie an 10 Augen zeigten, dass sich bereits frühpostoperativ ein Trend zur besseren Sym­metrie der Hornhautoberfläche einstell t. Das nicht behandelte Partnerauge zeigte eine signifikante Progression in 37% der Fäl­le. Wieder wird über eine Besserung des Visus berichtet. Von unserer Arbeitsgruppe in Zürich stammt eine Einjahres­Kontrolle mittels Seheimpflug-Fotografie [21]. die den Regulari­sierungsprozess an der Hornhaut im ersten postoperativen Jahr bestätigt (0 Abb.4) und aufzeigt, dass dieser Prozess auch nach einem Jahr noch nicht abgeschlossen ist. Auffällig ist, dass dieser Prozess auch zum Teil deutliche Veränderungen der Refraktion in Richtung Myopie nach sich zieht. Eine statistisch signi fi kante Visusverbesserung konnten wir im Gegensatz zu den Dresdener und Siener Berichten nicht beobachten. Ebenfalls aus Siena stammen die ersten Untersuchungen mittels konfokaler Mikroskopie [28], die einerseits einen Verlust von Keratozyten nach einem Monat bis zu 320 pm tief belegten und andererseits die Wiederbesiedelung mit eingewanderten Kera­tozyten innerhalb von 6 Monaten zeigen konnten. ln der konfo­ka len Mikroskopie werden Keratozyten über die optische Re­flektivität ihrer Zellkerne nachgewiesen und es ist zur Zeit noch nicht gesichert, ob die Quervernetzung tatsächlich zum totalen Zelluntergang führt oder nicht doch nur zur Veränderung der optischen Eigenschaften der Keratozyten (R. Guthoff, persönli­che Mitteilung, Halle, 2007). In der gleichen Arbeit wi rd berich­tet, dass in den konfokal-mikroskopischen Aufnahmen eine Ver­änderung des Hornhautendothels nicht sichtbar war in Bezug auf Zelldichte und Zellmorphometrie. Bei Patienten, bei denen die Quervernetzung ohne Epithelabra­sio durchgeführt wurde, zeigt die konfokale Mikroskopie ein gänzl ich anderes Keratozytenverhalten (0 Abb. 5). Bereits nach einem Monat findet sich unmittelbar unter der Bowman'schen Schicht ein normales Muster, was belegt, dass die Keratozyten bei dieser Behandlungsform nicht beschädigt werden. Da die Schädigung der Keratozyten über die erzeugten freien Radika le geschieht, ist andererseits aber auch anzunehmen, dass bei die­ser Behandlung auch weniger cross-links entstehen. Die erste Quervernetzung einer Hornhaut mit iatrogener Kera­tektasie nach LASIK wurde von Kohlbaas in Dresden [25] durch­geführt. Während in diesem ersten Fall nur e ine Stabilisierung

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0 3 6 12

Monate nach Quervernetzung

Abb. 4 Keratokonusindex (Pentacam) im ersten Jahr nach Quervernet·

zung. Nach 6 und 12 Monaten ist die Reduktion des Keratokonusindex statistisch signifikant kleiner als präoperat iv (n - 30, p < 0,05). Eine Kera·

t okonusindex von 1,0 beschreibt eine normale Hornhaut.

Koller T, SeilerT. Therapeutische Quervernetzung der ... Klin Monatsbl Augenheilkd 2007; 224: 700- 706

• Übersicht

eintrat, finden sich in anderen Berichten zum Teil deutliche Re­gressionen der Keratektasie [19] (0 Abb. 6). In der Literatur zeichnen sich nun auch die ersten Berichte von Kombinationen der Quervernetzung mit anderen Verfahren ab. Eine gleichzeitige Verwendung von intrastromalen Ringen beim Keratokonus und Quervernetzung scheint bessere Ergebnisse zu zeigen als bei Verwendung von Ringen alleine [10]. Einschmelzende Hornhautprozesse sind eine gefü rchtete Kom­plikation bei infektiösen Keratitiden (z. B. Pseudomonas) [29]. kommen aber auch isoliert bei rheumatischen Erkrankungen infolge von Mikrotraumata vor [32]. Schnitzlerund Mitarbeiter konnten in 3 von 4 Fällen von nichtinfektiösen Hornhautein­schmelzungen mittels Quervernetzung die weitere Progression verhindern [40]. Auch bei infektbedingten Einschmelzungen ist die Quervernetzung wirksam, was lseli und Mitarbeiter berich­ten [22].

Diskussion ~

ln einigen der Publikationen, insbesondere solchen. die an Kli­niker gerichtet sind. wird die Quervernetzung als .. safe and ef­fective" deklariert. Dies ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt sicher noch eine Übertreibung, obwohl die vorliegenden Daten nahe legen. dass das Verfahren komplikationsarm und auch in vielen Fällen wirksam eine weitere Progression der Keratektasie zu verhindern vermag. Nach den FDA-Richtlinien ist ein Verfahren dann .. safe", wenn in prospektiven kontrollie rten Studien die Komplikationsrate unter 5 bzw. 2% liegt. Um eine solche Fest­stellung zu treffen, ist rein mathematisch eine Stichprobengrö­ße von n = 100 bzw. n = 250 notwendig [39]. Die Gesamtzahl al­ler bisher publizierten Fälle liegt aber noch unter 100, ganz zu schweigen davon, dass ein nicht einheitliches Studienprotokoll diesen Studien zugrunde liegt. Es besteht daher ein Bedarf für eine oder mehrere prospektive Studien. einerseits, um seltene Komplikationen zu erfassen. andererseits aber auch. um Indika­tionslisten zu erstellen und zu bewerten. Zum Beispiel wissen wir bis heute nicht ob die Hornhaut jüngerer Patienten besser zu stabilisieren ist als die von älteren Patienten, die schon über eine altersentsprechend stärkere natürliche Quervernetzung verfügen. Oder: Ist die Reaktion einer pelluzidalen marginalen Hornhautdegeneration gleich der beim Keratokonus? Wie geht die Keratokonusstufe in das zu erwartende Ergebnis ein? Gegenwärtig ist eine einheitliche Theorie zur Ätiologie der Kera­tektasie nicht bekannt. Eine Reihe von Erkenntnissen deuten je­doch darauf hin, dass einerseits biochemische Prozesse [34] (z.B.

Abb. 5 Konfokale Mikroskopie 1 Monat nach

X-linking . a leigt eine typische Aufnahme der Hornhautstromas nach Quervernetzung mit Erosio

corneae etwa 25 ~m tief unter der Bowmanschicht:

Die Keratozytenkerne sind nicht mehr auffindbar,

was als Zelluntergang int erpretiert wird. Bei Quer­vernetzung mit intaktem Epithel finden sich 1 Mo­nat danach in 25 ~m Tiefe Keratozytenkerne in

physiologischer Häufigkeit und Erscheinungsbild.

Abb. 6 Regression der iatrogenen Keratektasie nach LASIK. Die Penta­

cam-Aufnahmen zeigen rechtes und linkes Auge mit prog ressiver Kera­

tektasie nach LASIK. Das nichtdominate rechte Auge wurde am 21.4.2005 mit Quervernetzung behandelt. Fünf Monate später zeigt sich eine deutli­che Regression beim behandelten Auge, während beim unbehandelten linken Auge die Keratektasie eher zunahm.

Metallproteinasen, Kollagenasen) am Geschehen ebenso beteiligt sind wie eine veränderte Struktur der extrazellulären Matrix [33] und der Zelluntergang bei Keratozyten [24 ]. Gesichert ist. dass die Keratokonushornhaut über eine etwa 50% niedrigere Festigkeit verfügt als die normale Hornhaut [2. 15]. Ob diese mangelnde Fes­tigkeit Folge oder Ursache der Keratektasieprozesse ist. erscheint unklar. Bei der Quervernetzung wird im vorderen Stroma beides, die Rigidität und die Resistenz des Kollagens gegenüber katalyti­schen Enzymen, erhöht. Nicht bekannt ist, welche dieser Wirkun­gen die Dominierende bei der Verhinderung wei terer Progression der Keratektasie ist. Die Progression der Keratektasie verläuft bei Patienten unter 20 Jahren oft fulminant und verlangsamt sich mit zunehmendem Alter. Gleichzeitig nimmt die Quervernetzung in der Hornhaut und ihre Festigkeit mit dem Alter zu [ 16] und so liegt es nahe, den Quervernetzungsgrad für die Verlangsamung der Progressi -

Koller T. Seiler T. Therapeutische Quervernetzung der. .. Klin Monatsbl Augenheilkd 2007: 224: 700 - 706

on mit zunehmendem Alter verantwortlich zu machen. So ge­sehen nimmt die therapeutische Quervernetzung eine natürli­che Alterung der Hornhaut bezüglich ihrer Festigkeit vorweg. Auch vom Diabetes scheint eine protektive Wirkung gegen Ke­ratektasie auszugehen [26, 42]. wofür wiederum eine erhöhte Quervernetzung des Bindegewebes beim Diabetiker verantwort­lich gemacht wird. Im arabischen Raum wird Honig topisch bei Hornhauterkrankungen eingesetzt (Al-Rajhi A, King Khaled Eye Spezialist Hospital, Riad, Saudi Arabien, persönliche Mitteilung 2007), eine Therapie, die vor dem Hintergrund der experimen­tell nachgewiesenen Quervernetzung der Hornhaut durch Zu­cker in einem neuen Licht erscheint. Ursprünglich entwickelten wir die Quervernetzung mit dem Ziel, die Progression der Keratektasie "einzufrieren". Umso über­raschter waren wir festzustellen, dass darüber hinaus es sowohl bei der natürl ichen als auch bei der iatrogenen Keratektasie in mehr als der Hälfte der Fälle zu einer "Regression" kommt. Der Mechanismus dieser optischen Homogenisierung der Hornhaut und seine Dauer sind unbekannt, jedoch kann er erhebliche Re­fraktionsänderungen bei Sphäre ebenso wie beim Zyl inder indu­zieren. ln diesem Zusammenhang muss auch die nachfolgende optische Rehabilitierung diskutiert werden. Bereits einen Monat nach der Quervernetzung können optische Hilfsmittel, Brille ebenso wie Kontaktl inse, verschrieben werden, allerdings mit der Maßgabe, dass sich die Werte im Laufe der nächsten Monate noch verändern können. Eine verschiedentlich vorgeschlagene topografiegeführte PRK zur optischen Homogenisierung der Hornhautform nach der Quervernetzung (z. B. Kanellopoulos AJ, Kurs 498, American Academy of Ophthalmology, Las Vegas, 2006) ist daher in doppelter Hinsicht als problematisch einzu­schätzen: Einerseits ändert sich die Hornhautform noch min­destens ein Jahr nach der Quervernetzung und andererseits wird der Tei l der Hornhaut, der die größte Festigkeit aufweist, die Bowman'sche Schicht und das quervernetzte vordere Stroma tei lweise entfernt und damit die wiedergewonnene biomecha­nische Stabilität riskiert. Der Einsatz von intrastromalen Ringen zur Stabilisierung der Keratokonushornhaut erfreut sich seit ei­nigen Jahren zunehmender Beliebtheit [12]. Erst vor Kurzem zeigten Alio und Mitarbeiter jedoch, dass die Progression des Keratokonus durch intrastromale Ringe nicht aufgehalten wird [1]. wodurch dem intrastromalen Ring nur noch die Rolle eines Mittels zur optischen Rehabilitation der Keratokonushornhaut bei Kontaktlinsenintoleranz zukommt. Inwieweit eine Kombi­nation mit der kornealen Quervernetzung klinisch sinnvoll ist, müssen weitere Studien zeigen. Bei der Sicherheit der Quervernetzung stehen Keratozyten und das Hornhautendothel im Blickpunkt. Die Belastung intraokularer Strukturen wie Iris, Linse und Retina durch noch durchdringendes UV-Licht ist unkritisch, da die Restintensitäten zum Teil Größen­ordnungen unter den Schädigungsschwellen liegen [48]. Ein par­tieller Keratozytenverlust ist auch nach anderen Eingriffen be­kannt, z. B. nach PRK und LASIK [20]. und führte auch dort nicht zu kl inischen Problemen. Die angeblich problemlose Wiederbe­siedelung mit Keratozyten steht allerdings im Gegensatz zu einer neuerdings berichteten verminderten Keratozytendichte lange Zeit nach PRK [ 17 ]. Da die Keratozytenapoptosis mit der Genese der Keratektasie in Verbindung gebracht wird [24]. sind weiter­führende Kontrollen der Keratozytendichte über Jahre nach der Quervernetzung angeraten. Oie Mutagenität der UVA-Behandlung wurde über DNA-Schäden und Chromosomenaberrationen mit und ohne Riboflavin in Mausfibrozytenkulturen belegt [7]. Dieser Nachweis ist allerdings so nicht auf die Hornhaut zu übertragen,

Übersicht

da, im Gegensatz zu Fibrozyten, sich auch schon bei normalen hu­manen Keratozyten in bis zu 30% der Zellen Chromosomenaberra­tionen finden [30]. und betroffene Keratozyten im Bereich der Ra­dikalformation der vorderen Hornhaut ohnehin untergehen. Die vorgeschlagene Schutzwirkung von Vitamin C kommt in der Kli­nik nicht infrage, da Vitamin C als Radikalfänger in der Hornhaut wohl auch die Quervernetzung reduzieren würde. Andererseits liegt im Kammerwasser schon eine hohe Konzentration von As­corbat physiologisch vor [11] und damit sind intraokulare Struk­turen zusätzlich vor eventuell in der Vorderkammer entstehenden Radikalen geschützt. Ungleich kritischer ist der Schutz des Hornhautendothels zu be­trachten, bedingt durch die essenzielle Rolle, die es bei der Trans­parenz der Kornea spielt, und das äußerst geringe Reprodukti­onspotenzial, das humanes Hornhautendothel in situ hat. Bei der zurzeit klinisch verwendeten Parameterkonstellation (I= 3 mW/cm2, Cribo = 0.1 %) ist die Schädigungsschwelle etwa 310 ~m hinter der Hornhautoberfäche erreicht. Dieser Wert ist abhängig von der Bestrahlungsstärke und der Riboflavinkonzentration und bereits eine Erhöhung der Bestrahlungsstärke von 3 auf 4 mW/ cm2 verschiebt die Schädigungsschwelle um etwa 50 ~m nach hinten [55]. Dies stellt besondere Anforderungen an die Optik des Bestrahlungssystems, bei dem es keine "hot spots" geben und eine Variation des Bestrahlungsabstandes nicht zur Erhö­hung der Bestrahlungsstärke führen darf. Die Riboflavinkonzen­tration ist ebenfalls kritisch bezüglich zu hoher und zu geringer Werte: Bei zu geringer Konzentration ist das "riboflavin shiel­ding" geringer, bei zu hoher Konzentration nimmt die Radikalfor­mationsrate zu. Es mag durchaus sein, dass nach Vorliegen eines geeigneten theoretischen Modells die Parameter Bestrahlungs­stärke und Riboflavinkonzentration für eine vorher gemessene Hornhautdicke individuell angepasst werden können. Bis zum Vorliegen eines solchen experimentell geprüften Modells jedoch sollten die jetzt verwendeten Parameter nicht verändert werden, um die größtmögliche Sicherheit für das Endothel zu gewährleis­ten. Vor diesem Hintergrund ist es auch dringend geraten, für das Verfahren ohne Epithelabrasio die Parameteroptimierung experi­mentell zu erstellen und in sorgfältig geplanten vergleichenden Studien zu prüfen, ob die reduzierte Quervernetzung ausreicht, um die Hornhaut biomechanisch/biochemisch dauerhaft zu sta­bilisieren. Zusammenfassend stellt die Quervernetzung der Hornhaut ein Verfahren dar, bei dem es zum ersten Mal gelungen ist, die Pro­gression von Keratektasien anzuhalten und bei etwa der Hälfte der Fä lle sogar umzukehren. Allerdings fehlen zurzeit noch we­sentliche Voraussetzungen für eine wissenschaftliche Anerken­nung: Kontraindikationen und Komplikationsraten sind noch nicht bekannt und Langzeiterfahrungen sind noch nicht genü­gend dokumentiert.

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